浅谈外墙外保温贴砖

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  【摘 要】本文结合在北京地区外保温施工特点,通过三个方面进行阐述了外保温贴砖的工法,从外保温选材、优点、缺陷、贴砖中的制约因素和贴砖的施工方法等进行分析、总结、归纳。经实践表明,该套施工技术方法切实可行,完全满足现场施工质量和工期。
  【关键词】外墙贴砖;外保温
  0.绪论
  随着社会对节能越来越高重视,房屋节能也放到首位。现在各种形式节能做法,保证房屋节能设计在65%以上。随着外墙外保温的应用,相应的外墙饰面没有较大改变,这样就要求外墙外保温的材料做法要满足外饰面的要求。在保证节能情况下,要保证外饰面安全、美观、经济、适用等方面的要求。
  本文阐述了外墙贴砖在外保温中的应用,从三种形式的外保温做法总结出贴砖基本条件。优化改进外保温工艺,提高外墙贴砖的基层强度和刚度,以便于保证安全性。
  1.外保温体系的选择
  目前北京地区常用的外墙外保温系统主要有三类。第一类、聚苯板(EPS)系列:包含膨胀聚苯板(EPS)薄抹灰系统、聚苯板(EPS)现浇混凝土系统、机械固定聚苯板(EPS)钢丝网架系统、聚苯板(EPS)钢丝网架板现浇混凝土系统;第二类、胶粉EPS 颗粒保温浆料外墙外保温系统;第三类、挤塑板聚苯板外墙外保温系统(XPS)。三类系统性能比较如下:
  1.1保温隔热性能
  相同厚度的胶粉聚苯颗粒、EPS、以及XPS 保温性能是逐渐升高的。胶粉聚苯颗粒的导热系数为0.060 W/m·K,EPS 为0.041 W/m·K,XPS是0.030W/m·K,所以同样保温效果的三种做法,胶粉聚苯颗粒需要的保温层厚度较大,按照节能65%标准,一般而言,三种做法的保温层厚度比约为110:90:70。
  对于隔热来讲,主要是看热惰性指标D,而D值与蓄热系数成正比。在蓄热能力上,聚苯颗粒比EPS和XPS大。但就整个系统而言,200mm的混凝土墙的蓄热已经够大,再加外保温层,完全满足节能要求,这也是国家规范要求墙体综合导热系数和蓄热系数要同时满足要求的原因。目前的胶粉聚苯颗粒、EPS 或XPS薄抹灰系统都完全满足要求。
  另外,胶粉聚苯颗粒由于起保温作用的聚苯颗粒不是连续排列的,所以胶粉聚苯颗粒的保温面也不是连续的,所以整体的看,胶粉聚苯颗粒的保温面上到处都是微小冷桥。
  1.2外保温自身强度
  对于高层的外墙贴砖而言,强度对于整个系统的安全性有着重要影响。就抗拉强度而言,聚苯板的容重和抗拉强度有着对应的关系。一般,EPS容重18Kg/m3 的抗拉强度为110~120KPa,25Kg/m3 容重的抗拉强度在160KPa 左右。建议设计容重采用25Kg/m3。XPS的容重正常从25Kg/m3~45Kg/m3,强度从150KPa~500KPa 或更高。
  在三类系统中,胶粉聚苯颗粒的强度是最好的。胶粉聚苯颗粒是用胶粉料和聚苯颗粒轻骨料加水搅拌成的,其强度与EPS和XPS系统的贴板方式相比具有明显的优势。质量控制较好时,其抗拉强度一般可以达到200~300KPa。两种板材均需加固或者说采用固定件辅助固定。瓷砖的拉拔要大于400KPa,即使是XPS也不能承受,解决的方法是,通过胀栓锚固钢丝网到基层解决,这样可以向三维空间分散拉应力。另外,钢丝网一定要是先焊接后镀锌的钢丝网,防止使用普通无镀锌钢丝网生锈后严重影响耐久性。钢丝网目不能大于25×25mm,钢丝直径不能小于1.0mm,钢丝抗拉强度≥550N/mm2。
  与EPS相比,XPS板的强度要高,所以在外饰面是面砖的XPS 系统比较稳定,而且其承重能力也比EPS系统要高。不过与EPS 相比,由于XPS 板材的性质(脆性),在粘贴面积较大时,外墙饰面层开裂的可能性高。一般采取的抗裂措施是,靠提高抗裂砂浆的弹性来抵抗可能产生的裂缝。
  1.3耐候性
  耐候性是指保温系统对外界天气变化的适应能力,指在不同的气候条件下,系统的整体稳定性、保温效果是否有变化等有关质量的系列问题。耐候性是保温系统的一个非常重要的指标。对于三种系统,JG158(保温砂浆行标)和JG149(薄抹灰行标)都有一条强制性条款---耐候性试验必须通过。
  胶粉聚苯颗粒的吸水性比EPS和XPS大,吸水率很高,但在系统中的外抹面层要做防水,所以耐候性还可以。EPS板与XPS相比有较高的吸水性,但耐候性不如XPS 系统。EPS板的延展性比XPS板好,因此可以克服一定的缺陷。
  另外耐风压性能也是耐候性中的重要一项,因为体系越有空腔耐风压能力就越差,所以重点就要看整个保温体系与基层的粘结面积的大小。对于高层贴砖的后粘贴的外保温系统,为确保安全,建议采用满粘法(100%)粘贴。
  1.4透气性
  透气和吸水是两个问题,理想的外保温系统应做到透气不透水。胶粉聚苯颗粒再涂防水层也只是防水,水汽是能渗透的。如果保温砂浆涂的防水层也防水汽,那么就是真正的不透气了,就象贴了一层塑料膜在外面一样。就材料本身而言,胶粉聚苯颗粒的透气性要好于EPS,都比XPS要好得多。保温浆料的透气性是EPS板的20多倍,这应该算是差别很大了。不过XPS几乎没有透气性,在室内外温差较大的地区就很容易使水气在板的两侧结露,这是影响XPS作为外保温系统耐久性的致命因素。
  1.5粘结强度
  对于胶粉聚苯颗粒系统而言,由于它是保温浆料直接涂抹于墙体表面,属于整体抹灰系统而且无空腔,因此是不经过粘结剂的粘结。系统的保温层是有胶粉和聚苯颗粒经过混合搅拌而成的,所以如果产品的质量过关,而且是经过国家检测的产品,系统的粘结强度就是很高的。
  对于薄抹灰系统而言,这项指标将会直接影响板材的使用,EPS板强度低,抗剪切强度较低,板材破坏,有可能不是出在粘结面,而是板材中间直接破坏,XPS良好的强度性能更放心一些。抗拉强度0.1MPa,相当于每个平米的抗拉强度是10吨的力,如果抗剪切是5吨,这也是非常大的。但是XPS系统还有一个致命伤:界面光洁度高,如果不是用聚合物相当高的乳液来做界面处理,它是很难被粘住的。   1.6表面平整度
  除了大模内置施工的苯板,其他三种方法均能达到设计的平整度的要求。大模内置施工易造成苯板下口因浇筑混凝土侧压力大而外突,上口凹进;损失墙体结构截面,表面平整度极差,需进行基层处理。
  1.7施工工艺
  在很多资料中认为胶粉聚苯颗粒的施工操作简单。实际上,胶粉聚苯颗粒需要多层次的操作,要求控制配比,搅拌均匀。
  胶粉聚苯颗粒的导热系数在0.06,XPS在0.03,EPS在0.04,在选材上节能65%,需要做到110mm,分次分层施工,按照抹灰工艺,这么厚的厚度,间隔时间需要比较长。
  而由EPS和XPS板材构成的薄抹灰系统并没有这个问题,保温层均是一次粘贴铺设完成。
  1.8三种系统的优缺点
  粉聚苯颗粒保温系统胶粉聚苯颗粒应用于建筑外墙外保温的优点在于:
  1)胶粉聚苯颗粒的粘结层、保温层与装饰层已形成体系,便于配套使用。
  2)保温浆料用于外墙外保温时,对基层墙体平整度要求不高,易于在各种形状的基层墙体上施工。
  3)施工工艺比较简单,操作易掌握。
  4)有些保温桨料的材料中采用回收废聚苯颗粒作为轻骨料,节能利废,有利于保护环境。
  5)可用于修补墙体抹灰面层的裂缝。
  6)防火性能好。
  胶粉聚苯颗粒系统的缺点是:
  1)由于是施工现场进行搅拌,所以不同时间的胶粉浆料的密度不能保证完全一致,存在个体差异性。
  2)保温层较厚,要达到要求的保温层厚度要分几次抹灰才可以。
  3)胶粉浆料的吸水性高,两道抹灰施工中间要等水分排干,施工工期长。
  4)有些保温桨料的材料中采用回收废聚苯颗粒作为轻骨料,这就造成保温层质量难以保证,达不到要求。
  5)现场施工时,操作工人的个体差异较大,如果素质不高很容易偷工减料使整体的质量下降。
  1.9 EPS保温系统
  EPS保温系统有如下的优越性:
  1)已经行成体系,技术成熟。由于它在欧洲及美国已沿用了近三十年,在美国已建成的建筑高达44层。因此,此项技术已形成体系,粘结层、保温层与饰面层可配套使用,有较多较成熟的技术文件。
  2)保温效果好。
  3)由于保温材料采用膨胀聚苯乙烯,其价格不十分昂贵,使整个系统价格适中。
  4)无复杂的施工工艺,一般施工单位经过简短培训后,便可掌握施工要领,便于技术的推广。
  EPS系统的缺点:
  1)由于板材自身的性质问题,其强度不高,承重能力较低,外贴面砖时需要进行加强处理。
  2)相对于XPS板吸水性高,如果有渗漏出现,板材很容易变质,使保温效果下降。
  3)板材出厂时要经过一段成熟期,需放置一段时间才可使用。如果熟化时间不足,板材的质量不能得到保证,施工后板材收缩,使系统开裂。
  XPS保温系统
  XPS系统的优点在于:
  1)XPS板具有致密的表层及闭孔结构内层。其导热系数大大低于同厚度的EPS,因此具有较EPS更好的保温隔热性能。对同样的建筑物外墙,其使用厚度可小于其它类型的保温材料。
  2)由于内层的闭孔结构,因此它具有良好的抗湿性,在潮湿的环境中,仍可保持良好的保温隔热性能。
  3)适用于冷库等对保温有特殊要求的建筑,也可用于外墙饰面材料为面砖或石材的建筑。
  4)由于挤塑聚苯乙烯与基层墙体的固定方式要采用机械固定件。在冬季可照常施工。
  XPS系统的缺点:
  1)XPS板本身的强度较高,从而造成板材较脆,不易弯折,板上存在的应力时应力集中,容易使板材损坏、开裂。
  2)由于板表面光滑,在施工时需要界面处理,并进行拉毛。毛面板不在此列。
  3)透气性差,几乎不透气,如果板两侧的温差较大,湿度高很容易结露。
  4)价格与EPS 和胶粉聚苯颗粒系统相比较高。
  综合以上各种因素,建议采用锚栓固定聚苯板(EPS)钢丝网架外保温系统。
  2.影响外墙外保温系统粘贴面砖耐久性的主要因素
  造成外墙外保温外饰面砖出现空鼓、脱落的主要原因有以下五类:
  2.1面砖及各层的粘结力的因素
  面砖与外保温系统、外保温系统与结构墙体基面的粘结强度低于外荷载,即压剪粘结强度低于自重引起的剪应力,或拉伸粘结强度低于风荷载引起的拉应力。
  以在北京地区所做的外墙外保温工程来看,只要是能够按相关标准生产系统中的关联材料和认真做好施工中的环节处理,现有的各种外保温做法是很少出现这个问题的。就拿所谓“有空腔”的后贴聚苯板薄抹灰做法来说,粘结最薄弱处是在聚苯板和聚苯板粘结剂的界面上,粘结强度的下限为0.1MPa,粘结面积率最低是50%,也就是该界面处最低的粘结力为50KN/m2。而北京地区80米高空最大负风压的计算值不过3.6KN/m2,安全系数超过10。
  事实上,在许多工程的拉拔试验和实测中,瓷砖拉拔强度都稳定在0.5MPa以上。为什么在聚苯板和聚苯板粘结剂的界面上,粘结强度不足0.1MPa,聚苯板本身的抗拉强度也只有0.2MPa左右,而在外保温系统上粘贴的瓷砖拉拔强度能超过0.5MPa?主要有三个方面的原因:第一,作为粘贴瓷砖基面的防护砂浆中有起增强作用的镀锌钢丝网,在瓷砖拉拔的过程中,钢丝绷紧受力,最后破坏面发生在防护砂浆中。第二,从破坏的断面看,不仅是砂浆在受试面积上的抗拉强度发挥了作用,沿试件周边,上层砂浆厚度乘以边长面积上的抗剪强度也参与了对拉拔力的抵抗。第三,固定镀锌钢丝网的锚栓把部分拉拔力直接传递到了结构墙体中。
  2.2增强网缺乏应有的耐久性
  如上所述,与将饰面砖直接贴在结构墙体上不同,有足够强度增强网的存在是外保温能够贴饰面砖的前提。而无论是玻纤网格布还是钢丝网都存在被腐蚀的危险。玻纤网格布在碱性环境中,截面削弱,断裂强度降低;钢丝网因在潮湿环境中锈蚀而失去增强作用,这个问题应该引起足够的重视。   所以,钢丝网要在正常使用环境中不锈蚀,需要具备以下条件:生产钢丝网的工艺条件应是先焊接后热镀锌,镀锌层厚度应不低于一定的限值;在储运、使用过程中应防止受潮,尽量避免反复弯折;钢丝网内外的砂浆保护层都应该超过一定厚度。现在,有的工程使用未经镀锌的冷拔丝网;有的虽经镀锌,但镀锌工艺不能保证足够的厚度;有的钢丝网架生产工艺是先镀锌后焊接;有的工程钢丝网间连接采用火烧丝绑扎的方法。这些都可能降低钢丝网的耐久性。
  2.3外保温系统中冷凝水
  饰面如果强烈阻挡水蒸气渗透,在寒冷地区冬季,冷凝水可能积聚在面砖内侧并发生冻胀,削弱饰面砖与基面的粘结强度。虽然对饰面砖有吸水率和抗冻性的要求,对瓷砖粘结剂有抗冻融的检测项目,这仍让人放心不下。
  但这不是在外保温系统上贴饰面砖的特有问题,直接在结构墙体上贴砖也如此。也就是说外墙的面层应该“透气不渗水 ”。要解决复合墙体透气的问题,需要满足两个条件:其一是饰面层的水蒸气湿流密度要超过某个指标;其二是由里到外各层的水蒸气渗透阻最好能逐步降低。而这方面的研究工作似乎还开展的不多。如果有几种饰面砖可供选择,挑选其中的水蒸气渗透阻值较低的面砖是有利的。在设计时也可以加宽砖缝,用不透水但透气良好的材料勾缝,可以缓减这方面的矛盾。
  2.4温差引起的剪力削弱瓷砖粘结强度
  众所周知,不同材料的热胀系数不一样,在结合在一起的两种材料界面上,足够大的温差可能在界面上造成较大的剪应力。在面砖饰面外保温系统中,增强网外的界面有两个:防护砂浆与瓷砖粘结剂;瓷砖粘结剂与饰面砖。前一个界面两侧的材料都是水泥基砂浆,线胀系数差异很小,因此,此界面上剪应力不大。陶瓷面砖是烧结制品,线胀系数比水泥砂浆低得多,而外墙面的昼夜温差很大,如北京地区的全年的极端温差就更可怕,由此造成的剪应力相当大。
  3.选用安全可靠的外墙瓷砖的原则
  3.1材料选用
  1)陶瓷砖——吸水率(北京地区)≤ 6%;冻融循环应满足40次;宜采用背面有燕尾槽的产品。
  2)瓷砖胶——应采用水泥基粘结材料,不得采用有机物作为主要粘结材料;应满足《陶瓷墙地砖胶粘剂》JC/T 547的技术要求。
  3)填缝剂——勾缝应采用具有抗渗性的粘结材料,性能符合《砂浆、混凝土防水剂》技术要求。
  3.2设计基本规定
  1)外墙饰面砖工程应进行专项设计,对以下内容提出明确要求:
  饰面砖的品种、规格、颜色、图案和主要技术性能。
  找平层、结合层、粘结层、勾缝等所用材料的品种和技术性能。
  基体处理。
  饰面砖的排列方式、分格和图案。
  伸缩缝位置、接缝和凹凸处的墙面构造。
  墙面凹凸部位的防水、排水构造。
  2)基体处理
  当基体抗拉强度小于饰面砖粘结强度时,必须进行加固处理。加固后应对样板进行强度检测。
  3)外墙饰面砖粘贴应设置伸缩缝。
  4)伸缩缝应采用柔性防水材料嵌缝。
  5)面砖接缝的宽度不应小于5mm,不得采用密缝。
  3.3施工要求
  1)施工前准备工作
  应对各种原材料进行复验。
  应对找平层、结合层、粘结层及勾缝、嵌缝所用的材料进行试配,经检验合格后方可使用。
  施工前应做出样板,经建设、设计和监理等单位根据有关标准确认后方可施工。
  2)施工条件
  基体按设计要求处理完毕。
  日最低气温在0℃ 以上。低于0℃ 时,必须有可靠的防冻措施;高于35℃时,应有遮阳设施。
  基层含水率宜为15%~25%。
  3)施工顺序
  抹找平层--刷结合层--排砖、分格、弹线--贴砖--勾缝--质量检测--成品保护。
  4)验收
  提交施工工艺和质量检测文件。
  工程实物观感检查。
  工程实物量测。外墙饰面砖工程,应进行饰面砖粘结强度检验。其取样数量、检验方法、检验结果判定均应符合JGJ 110的规定。
  4.结束语
  在各种外墙(包括外保温复合墙体)上粘贴饰面砖,工程质量往往受到技术水平、材料配套、施工条件和手工操作等方面一些不确定因素的影响。从克服外荷载的角度分析,只要外保温系统满足《外墙外保温工程技术规程》JGJ 144-2004对各层材料间粘结强度的要求,满足《外墙饰面砖工程施工及验收规程》JGJ 126-2000对饰面砖粘结强度的要求,外保温系统提供的与结构墙体的初始粘结力,能够支持外贴饰面砖而有足够的安全系数。饰面砖日久脱落的原因,主要是经年的温度变化和水分迁移削弱了饰面砖与外墙体之间的粘结强度。应以降低面砖~瓷砖胶界面应力、防止饰面砖内侧积聚水分为目的,按照JGJ 126-2000的要求,从选材、设计、施工、验收等方面采取有效的措施。保证增强网的耐久性、防止聚苯板受剪变形,是确保外保温贴砖安全性的特殊问题。要特别关注增强网的耐久性,即玻纤网的耐碱性能和钢丝网的防锈性能。
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